CN109101072A - 一种方波信号发生器 - Google Patents

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黄锦汉
刘兴伟
罗祯运
褚兆文
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Abstract

本申请公开了一种方波信号发生器，该方波信号发生器包括：所述方波信号发生器包括控制芯片、数模转换芯片DAC_A、数模转换芯片DAC_B和开关，所述DAC_B与所述DAC_A连接，DAC_B输出电压值，用于控制所述DAC_A参考电压值，所述控制芯片通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。解决了现有技术中生成的方波信号无法满足产品精度需求的技术问题。

Description

一种方波信号发生器
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种方波信号发生器。
背景技术
方波信号被广泛应用于电子技术领域，例如，测量领域、智能控制邻域、电子设备认证领域等。目前，产生方波的方法主要是直接数字式频率合成器(Direct DigitalSynthesizer，DDS)集成芯片发生方波方法或可编程芯片输出方波方法，随着智能制造业和电子产品的高速发展，对信号源或控制信号的精度要求越来越高，但是，通过DDS集成芯片发生方波方法或可编程芯片输出方波方法，产生的方波信号的幅度的精度与数模转换芯片的位数有关，当该数模转换芯片的型号选定后，该方波信号发生器产生的方波信号的幅度的精度就固定不变，现有技术无法根据产品的实际需求对生成的方波信号的精度进行调整。
发明内容
本申请提供一种方波信号发生器，用以解决现有技术中生成的方波信号无法满足产品精度需求的技术问题。
本申请提供一种方波信号发生器，所述方波信号发生器包括控制芯片、数模转换芯片DAC_A、数模转换芯片DAC_B和开关；其中，
所述控制芯片与所述DAC_A、所述DAC_B以及所述开关连接，用于控制所述DAC_A和所述DAC_B输出电压值，以及控制所述开关在连接地和连接所述DAC_A之间周期的进行切换，以使得生成方波信号；
所述DAC_B与所述DAC_A连接，DAC_B输出电压值，用于控制所述DAC_A参考电压值；
如果需要调整所述DAC_A输出信号的精度，所述控制芯片通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。
本申请提供的方波信号发生器，如果根据产品实际需求调整生成的方波信号的精度时，该方波信号发生器通过所述控制芯片与所述DAC_A和所述DAC_B连接，来控制所述DAC_A和所述DAC_B的输出电压，并通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。因此，通过控制芯片控制所述DAC_A和所述DAC_B的输出电压，使所述方波信号发生器生成的方波信号的幅度值更准确。
可选地，所述方波信号发生器还包括：推动电路，所述推动电路连接在所述DAC_A和所述开关之间，用于放大所述DAC_A输出信号，并将放大后的所述DAC_A输出信号传输给所述开关。
本申请提供的方波信号发生器，通过在所述DAC_A和所述开关之间设置推动电路，用于将所述DAC_A输出电压值以固定的倍数进行放大，不仅提高了所述DAC_A的驱动能力，还能够通过控制所述DAC_A输出电压值对应调整所述开关的输入信号的电压值，使得生成的方波信号的幅度满足实际需求。
可选地，所述控制芯片，具体用于：接收用户输入的所述方波信号的参数，其中，所述参数包括方波信号的频率、方波信号的占空比、方波信号的幅度和方波信号幅度的精度的量级中的一种或多种组合；基于所述参数控制所述DAC_A和所述DAC_B输出电压值，以及控制所述开关生成所述方波信号。
本申请提供的方波信号发生器，所述控制芯片基于用户输入的方波信号的参数，来控制所述DAC_A和所述DAC_B输出电压值，以及控制生成方波信号。因此，该方波信号发生器基于用户的需求生成方波信号，提高了该方波信号发生器的适用性。
可选地，所述控制芯片，还用于：基于所述方波信号的频率和所述方波信号的占空比生成具有所述频率以及所述占空比的周期脉冲信号；基于所述方波信号的幅度控制所述DAC_A输出电压值；基于所述方波信号的幅度的精度的量级控制所述DAC_B输出电压值。
可选地，所述控制芯片，还用于，判断所述周期脉冲信号的电平的高低；当周期脉冲信号为低电平时，控制所述开关与地连接；当周期脉冲信号为高电平时，控制所述开关与所述推动电路连接；根据所述周期脉冲信号控制所述开关在连接地与连接所述推动电路之间切换，以使得生成所述方波信号。
可选地，所述DAC_A在所述控制芯片上电后，接收到来自所述控制芯片的第一输出电压调整指令，并基于所述第一输出电压调整指令调整所述DAC_A输出信号的电压值，其中，所述第一输出电压调整指令包括所述方波信号的幅度的大小方波信号的幅度。
可选地，所述DAC_B在所述控制芯片上电后，接收到来自所述控制芯片输出的第二电压调整指令，并基于所述第二输出电压调整指令调整所述DAC_B输出电压值，通过所述DAC_B输出电压值调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应，其中，所述第二电压调整指令包括所述方波信号的幅度的精度的量级。
可选地，所述方波信号发生器，还包括：
基准电压源，所述基准电压源与所述DAC_B连接，用于为所述DAC_B提供参考电压。
可选地，所述开关为高速开关。
可选地，所述高速开关在接地和连接所述推动电路之间切换的速度大于第一阈值；所述高速开关的内阻小于第二阈值；所述高速开关的噪声系数小于第三阈值。
本申请提供的方波信号发生器，所述开关具有在接地和连接所述推动电路之间切换的速度大于第一阈值，内阻小于第二阈值以及噪声系数小于第三阈值，避免控制芯片控制所述开关在接地和连接所述推动电路之间切换时间过长，导致生成的方波信号的跳变沿时间较长的问题，提高了生成方波信号的性能。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的一种方波发生器的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的控制芯片功能模块的结构示意图；
图3a为本申请实施例提供的模数转换芯片DAC_A输出的波形图；
图3b为本申请实施例提供的控制芯片DAC_A生成的周期脉冲信号的波形图；
图3c为本申请实施例提供的一种方波发生器生成的方波信号的波形图。
具体实施方式
本申请提供一种方波信号发生器，用以解决现有技术中生成的方波信号无法满足产品精度需求的技术问题。
本申请实施例中的技术方案可以通过在所述方波信号发生器中设置控制芯片、数模转换芯片DAC_A、数模转换芯片DAC_B和开关。如果根据产品实际需求调整生成的方波信号的精度时，该方波信号发生器通过所述控制芯片与所述DAC_A、所述DAC_B连接，来控制所述DAC_A和所述DAC_B的输出电压，并通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。因此，通过控制芯片控制所述DAC_A和所述DAC_B的输出电压，使所述方波信号发生器生成的方波信号的幅度值更准确。
本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。根据本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
请参考图1，本申请实施例提供一种方波信号发生器，该方波信号发生器的主控系统包括控制芯片101，该方波信号发生器的数据通信系统包括数模转换芯片DAC_A102，数模转换芯片DAC_B103和开关104；
所述控制芯片101与所述DAC_A102、所述DAC_B103以及所述开关104连接，用于控制所述DAC_A102和所述DAC_B103输出电压值，以及控制所述开关104在连接地和连接所述DAC_A102之间周期的进行切换，以使得生成方波信号；
所述DAC_B103与所述DAC_A102连接，DAC_B输出电压值，用于控制DAC_A参考电压值；
如果需要调整所述DAC_A输出电压值的精度，所述控制芯片通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。
所述方波信号发生器还包括：基准电压源105，所述基准电压源105与所述DAC_B103连接，用于为所述DAC_B103提供参考电压；
进一步，为了提高所述DAC_A102的驱动能力和提高所述方波信号发生器输出电压值。所述方波信号发生器还包括：推动电路106，所述推动电路106连接在所述DAC_A102和所述开关104之间，用于放大所述DAC_A输出信号，并将放大后的所述DAC_A输出信号传输给所述开关104。应理解，所述推动电路106可以是低噪声的放大电路，也可以是其他能够实现放大所述DAC_A输出信号的电路，在此不做限制。
进一步，为了使得所述方波信号发生器生成的方波信号能够满足产品的实际需求。所述控制芯片101，具体用于：接收用户输入的所述方波信号的参数，其中，所述参数包括方波信号的频率、方波信号的占空比、方波信号的幅度和方波信号幅度的精度的量级中的一种或多种组合；基于所述参数控制所述DAC_A和所述DAC_B输出电压值，以及控制所述开关生成所述方波信号。
进一步，为了实现准确控制所述方波信号发生器生成的方波信号的频率和幅度的目的。所述控制芯片101，还用于：基于所述方波信号的频率和所述方波信号的占空比生成具有所述频率以及所述占空比的周期脉冲信号；基于所述方波信号的幅度控制所述DAC_A输出电压值；基于所述方波信号的幅度的精度的量级控制所述DAC_B输出电压值。
具体的，如图2所示，基于所述控制芯片101不同用途，将所述控制芯片101分为多个功能模块，具体可以是：参数设置代码模块201、控制处理代码模块202、DAC_A输出电压设置代码模块203、DAC_B输出电压设置代码模块204和周期脉冲信号产生代码模块205，其中，所述参数设置代码模块201用于实现当波信号参数的设置，例如，方波信号的频率、方波信号的占空比、方波信号的幅度或方波信号幅度的精度的量级等；所述控制处理代码模块202用于接收所述参数，并基于所述参数控制DAC_A输出电压设置代码模块203设置所述DAC_A输出电压值，控制DAC_B输出电压设置代码模块204设置所述DAC_B输出电压值，以及控制周期脉冲信号产生代码模块205设置产生周期脉冲信号。
例如，当所述DAC_A102和所述DAC_B103芯片的型号选定时，即数模转换芯片输入二进制数据的位数确定，其中，所述数模转换芯片输入二进制数据的位数包括8位、16位、24位等，在此对所述数模转换芯片的位数不做限制。所述控制芯片101上电后，通过控制芯片101输入端口将方波信号的频率、方波信号的占空比、方波信号的幅度或方波信号幅度的精度的量级等参数烧录到所述参数设置代码模块201，所述参数设置代码模块201将所述参数发送给所述控制处理代码模块202，所述控制处理代码模块202根据所述方波信号的频率和所述方波信号的占空比计算生成的周期脉冲信号的频率以及占空比，例如，所述方波信号的频率为30MHZ，占空比等于50％，所述生成的周期脉冲信号的在频率也为30MHZ，占空比等于50％。
然后，所述控制处理代码模块202基于方波信号的幅度的精度的量级计算所述DAC_B输出电压值。具体的，基于下式计算得到所述DAC_A输出电压的精度：
其中，V1为所述DAC_A输出电压值的精度；Vref_B表示所述DAC_B参考电压值的大小；N1表示所述DAC_A102的位数；N2表示所述DAC_B103的位数；y的取值范围为0～2^N2，表示所述DAC_B103的数字值。
由上式可知，当所述DAC_A102和所述DAC_B103芯片选定后，所述DAC_A输出电压的精度与所述DAC_A102的参考电压有关，在所述方波信号发生器中，将所述DAC_B103的输出端口与所述DAC_A102的参考电压输入端口连接，也就是说本申请实施例中，所述DAC_A参考电压值与所述DAC_B输出电压值对应。因此，可通过上式得到所述DAC_B输出电压值，并在DAC_B输出电压设置代码模块204设置所述DAC_B输出电压值。
所述控制处理代码模块202再基于下式计算得到所述DAC_A输出电压值：
其中，Vout为所述DAC_A输出电压值；x的取值范围为0～2^N1，表示所述DAC_A102的数字值。
进一步，为了使得所述方波信号发生器生成满足产品需求的方波信号。所述控制芯片101，还用于，判断所述周期脉冲信号电平的高低；
当周期脉冲信号为低电平时，控制所述开关104与地连接；当周期脉冲信号为高电平时，控制所述开关104与所述推动电路106连接；根据所述周期脉冲信号控制所述开关104在连接地与连接所述推动电路106之间切换，以使得生成所述方波信号。
所述DAC_A102在所述控制芯片101上电后，接收到来自所述控制芯片101的第一输出电压调整指令，并基于所述第一输出电压调整指令调整所述DAC_A输出电压值，其中，所述第一输出电压调整指令包括所述方波信号的幅度。
所述DAC_B103在所述控制芯片101上电后，接收到来自所述控制芯片101输出的第二电压调整指令，并基于所述第二输出电压调整指令调整所述DAC_B输出电压值，通过所述DAC_B输出电压值调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应，其中，所述第二电压调整指令包括所述方波信号的幅度的精度的量级。
如图3a所示，在所述控制芯片101上电后，所述控制芯片101向所述DAC_A102发送第一电压调整指令和向所述DAC_B103发送第二电压调整指令，所述DAC_A102接收所述第一电压调整指令，基于该第二电压调整指令控制所述DAC_B输出电压值以及所述DAC_B103接收该第二电压调整指令，并基于该第二电压调整指令控制所述DAC_B输出电压值，通过所述DAC_B输出电压值调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应，所述控制芯片通过对所述DAC_A102和所述DAC_B103输出电压值的控制得到精度和幅值都满足需求的所述DAC_A输出信号。
然后，将所述DAC_A输出信号经推动电路106放大得到放大后的输出信号，如图3b所示周期脉冲信号，所述控制芯片101判断生成的周期脉冲信号电平的高低，当周期脉冲信号为低电平时，控制所述开关104与地连接；当周期脉冲信号为高电平时，控制所述开关104与所述推动电路106连接；根据所述周期脉冲信号控制所述开关104在连接地与连接所述推动电路106之间切换，以使得生成如图3c所示的方波信号。
应理解，所述控制芯片101可以是可编辑逻辑门阵列FPGA，也可以是其他可编程芯片，只要能对方波信号发生器中数模转换芯片以及开关进行控制，都在本申请保护范围内，在此不做限制。
本申请提供的方波信号发生器，如果根据产品实际需求调整生成的方波信号的精度时，该方波信号发生器通过所述控制芯片与所述DAC_A和所述DAC_B连接，来控制所述DAC_A和所述DAC_B的输出电压，并通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。因此，通过控制芯片控制所述DAC_A和所述DAC_B的输出电压，不仅能控制所述方波信号发生器生成的方波信号的幅度值，还能精确控制所述方波信号的精度。
进一步，为了提高生成的方波信号的质量的目的。所述开关104为高速开关。所述高速开关在接地和连接所述推动电路106之间切换的速度大于第一阈值；所述高速开关的内阻小于第二阈值；所述高速开关的噪声系数小于第三阈值。
本申请提供的方波信号发生器，所述开关104具有在接地和连接所述推动电路106之间切换的速度大于第一阈值，内阻小于第二阈值以及噪声系数小于第三阈值，避免控制芯片101控制所述开关104在接地和连接所述推动电路106之间切换时间过长，导致生成的方波信号的跳变沿时间较长的问题，提高了生成的方波信号的质量。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种方波信号发生器，所述方波信号发生器包括控制芯片、数模转换芯片DAC_A、数模转换芯片DAC_B和开关，其特征在于，包括：
所述控制芯片与所述DAC_A、所述DAC_B以及所述开关连接，用于控制所述DAC_A和所述DAC_B输出电压值，以及控制所述开关在连接地和连接所述DAC_A之间周期的进行切换，以使得生成方波信号；
所述DAC_B与所述DAC_A连接，DAC_B输出电压值，用于控制DAC_A参考电压值；
如果需要调整所述DAC_A输出信号的精度，所述控制芯片通过控制所述DAC_B输出电压值对应调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应。
2.如权利要求1所述的方波信号发生器，其特征在于，还包括：
推动电路，所述推动电路连接在所述DAC_A和所述开关之间，用于放大所述DAC_A输出信号，并将放大后的所述DAC_A输出信号传输给所述开关。
3.如权利要求2所述的方波信号发生器，其特征在于，所述控制芯片，具体用于：
接收用户输入的所述方波信号的参数，其中，所述参数包括方波信号的频率、方波信号的占空比、方波信号的幅度和方波信号幅度的精度的量级中的一种或多种组合；
基于所述参数控制所述DAC_A和所述DAC_B输出电压值，以及控制所述开关生成所述方波信号。
4.如权利要求3所述的方波信号发生器，其特征在于，所述控制芯片，还用于：
基于所述方波信号的频率和所述方波信号的占空比生成具有所述频率以及所述占空比的周期脉冲信号；
基于所述方波信号的幅度控制所述DAC_A输出电压值；
基于所述方波信号的幅度的精度的量级控制所述DAC_B输出电压值。
5.如权利要求4所述的方波信号发生器，其特征在于，所述控制芯片，还用于，
判断所述周期脉冲信号的电平的高低；
当周期脉冲信号为低电平时，控制所述开关与地连接；
当周期脉冲信号为高电平时，控制所述开关与所述推动电路连接；
根据所述周期脉冲信号控制所述开关在连接地与连接所述推动电路之间切换，以使得生成所述方波信号。
6.如权利要求5所述的方波信号发生器，其特征在于，所述DAC_A在所述控制芯片上电后，接收到来自所述控制芯片的第一输出电压调整指令，并基于所述第一输出电压调整指令调整所述DAC_A输出信号的电压值，其中，所述第一输出电压调整指令包括所述方波信号的幅度。
7.如权利要求6所述的方波信号发生器，其特征在于，所述DAC_B在所述控制芯片上电后，接收到来自所述控制芯片输出的第二电压调整指令，并基于所述第二输出电压调整指令调整所述DAC_B输出电压值，通过所述DAC_B输出电压值调整所述DAC_A参考电压值，使得所述DAC_A输出信号的精度与调整后的DAC_A参考电压值对应，其中，所述第二电压调整指令包括所述方波信号的幅度的精度的量级。
8.如权利要求7所述的方波信号发生器，其特征在于，还包括：
基准电压源，所述基准电压源与所述DAC_B连接，用于为所述DAC_B提供参考电压。
9.如权利要求1-8任一所述的方波信号发生器，其特征在于，所述开关为高速开关。
10.如权利要求9所述的方波信号发生器，其特征在于，所述高速开关在接地和连接所述推动电路之间切换的速度大于第一阈值；
所述高速开关的内阻小于第二阈值；
所述高速开关的噪声系数小于第三阈值。
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